Prüfung einer Lithium-Elektrode im Labor (Foto: Evan Dogherty)

Ann Arbor (pte004/17.08.2018/06:15) –

Durchbruch in der Batterietechnik: Forscher der University of Michigan https://www.umich.edu haben einen Lithium-Metall-Akku entwickelt, der verglichen mit
Lithium-Ionen-Batterien die doppelte Kapazität hat. Zugleich bannt die
Bauweise die Gefahr, dass Akkus in Flammen aufgehen, wie das bei
Smartphones, Elektroautos und selbst in Flugzeugen schon geschehen ist.
Das Geheimnis: Statt eines flüssigen Elektrolyten, der die beiden
Elektroden trennt, setzen die US-Wissenschaftler um Jeff Sakamoto,
Professor für Mechanik, einen speziell strukturierten Keramikfilm ein.

Bahnbrechende Entwicklung

Es hat schon viele Versuche gegeben, keramische
Elektrolyten einzusetzen. Anders als viele der heute genutzten
Flüssigkeiten, können Keramiken nicht brennen, wenn es einen internen
Kurzschluss gibt. Bisher ging das zu Lasten der Kapazität. "Unsere
Entwicklung könnte bahnbrechend sein", sagt daher Sakamoto. Wenn sich
die neuartige Batterie wirtschaftlich produzieren lässt, würden sich die
Akkulaufzeiten glatt verdoppeln und damit die Reichweite von
Elektroautos und die Nutzungsdauer von Smartphones.

Lithium-Metall-Batterien haben Elektroden aus Metall.
Das sorgt für eine hohe Kapazität. Doch bisher flüssige Elektrolyten
sorgten für Brandgefahr. In den Neunzigerjahren des vergangenen
Jahrhunderts kam die Lithium-Ionen-Batterie mit einer Anode aus Graphit.
Sie war weniger feuergefährdet, hatte aber eine deutlich geringere
Kapazität. Sakamotos Team kehrte gewissermaßen an den Anfang zurück.
Theoretisch haben Lithium-Metall-Batterien eine Kapazität von 1200
Wattstunden pro Liter. Lithium-Ionen-Akkus kommen auf gerade mal die
Hälfte.

Lebensdauer drastisch verlängert

Der Keramikfilm sorgt nicht nur für eine Reduktion der
Brandgefahr auf Null. Er verhindert auch Veränderungen der Elektroden,
die in den Anfängen der Lithium-Metall-Batterien dafür sorgten, dass die
Lebensdauer untragbar kurz war. "Wir haben die Oberfläche der
Lithium-Elektroden mit unserer Keramik stabilisiert", sagt Sakamoto.
Dazu kommt eine dramatische Reduzierung der Ladezeit. Während die ersten
Lithium-Metall-Batterien 20 bis 50 Stunden am Ladegerät hängen mussten,
braucht der neue Akku lediglich drei Stunden.

Auch die Lebensdauer konnte erheblich verbessert
werden. "Wir haben unsere Batterie 22 Tage lang ständig geladen und
wieder entladen", sagt Sakamoto. Er habe danach keinen Kapazitätsverlust
feststellen können.